atelier démarche...
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Atelier Démarche d’Investigation
CYCLES 2 et 3 20 février 2018 : cycle 3 13 mars 2018 : CP 10 avril 2018 : CE1-CE2 Circonscription de Roubaix Est
Présentation de l’atelier pédagogique
Programme de l’atelier
Intervenants MPLS et circonscription
● Marie Hauwel, , Formatrice physique-chimie et professeur au collège Boris Vian de Croix
● Morand Hélène, conseillère pédagogique, circonscription de Roubaix-est
16h-16h15
16h15-17h45 17h45-18h
18h-18h30
Introduction
Présentation de la MPLS Présentation de l’action et de son déroulement
Contextualisation de la formation
Que sont les maisons pour la science ?
Elles ont pour but de :
- faire évoluer les pratiques d’enseignement en sciences
- permettre la rencontre avec une science vivante, actuelle et
attractive
Un réseau au service des professeurs
Les 9 Maisons pour la science proposent - des formations gratuites - aux professeurs du primaire et du collège - co-construites et co-animées par des scientifiques et des pédagogues.
Les actions de la Maison pour la science
Les actions catalogue académique : ● inscription individuelle sur le site de la Maison pour la science ● 2 journées / 1 journée / mercredi après-midi. ● pour la plupart, actions inscrites au PAF
Les actions territoriales :
● 1er degré ou inter-degré pour répondre à un projet commun école-collège
● inscription par l’intermédiaire des IEN de circonscription et des IEN sciences
● Inscription via le plan de circonscription
http://www.maisons-pour-la-science.org/fr/npdc
Mise en situation d’investigation
Objectifs de la mise en situation
✓Vivre une mise en situation d’investigation pour adultes
✓Partager un vécu commun, créer un objet de référence à
partir desquels on va pouvoir caractériser ce qu’est un ESFI
(Enseignement des Sciences Fondé sur l’Investigation)
Objet d’étude : le rebond
5 min : Individuellement Noter sur des post-it des mots en lien avec le rebond (1 mot / post-it)
10 min : par groupe Echanger vos mots et essayer de les regrouper par affinité/
ressemblance pour établir une carte mentale
Mise en situation d’investigation
Objet d’étude : le rebond (50min)
- Faire émerger un questionnement scientifique.
- Proposer une ou deux hypothèses qui pourraient être validées (ou invalidées) par le biais d’expériences réalisées à l’aide de matériels simples.
- Proposer un protocole expérimental c’est-à-dire expliquer de manière simple l’expérience que vous voulez réaliser (ex: liste matériel, schémas expérience….)
- Réaliser vos expériences et noter vos observations.
- Conclure.
Mise en situation d’investigation
Les différents questionnements qui émergent portent sur le support sur
lequel la balle entre en contact, la masse des balles, la matière des
balles, l’amplitude du rebond, le nombre de rebonds, la hauteur du
premier rebond :
- Le revêtement du sol influe-t-il sur la hauteur du rebond ?
- Quelles caractéristiques du sol influencent le nombre de rebonds ?
- Quelles sont les facteurs de variation du nombre de rebonds ?
- Comment l’amplitude du rebond diminue-t-elle à chaque contact au
sol ?
- La matière de la balle influe-t-elle sur la hauteur du premier rebond ?
- Quelles caractéristiques permettent à un objet sphérique de rebondir
?
- Est-ce que le nombre de rebonds varie en fonction de la masse ?
Formulation du questionnement de chaque groupe. (CYCLE 3)
Attention, on ne peut pas compter le nombre exact de
rebonds, les derniers étant très rapprochés.
Cependant, la conclusion reste valide car
l’approximation laisse quand même un grand écart entre
deux résultats et permet quand même de conclure. Elle
est confirmée par l’expérience du groupe 1 qui s’est
limité au premier rebond.
Restitution G2
Restitution G3
Attention : on ne peut pas compter précisément le nombre de rebonds car les derniers
sont trop rapprochés Il faut compter et comparer le nombre de rebond pendant un
même temps choisi : les mesures n’étant pas rigoureuses, la conclusion n’est valide.
Attention, les résultats montrent que les mesures
peuvent être imprécises à cause de différents
facteurs extérieurs. Ici, les résultats ne permettent
pas de conclure : cf : confrontation avec le savoir
établi
Restitution G4
Une exactitude des mesures et une réflexion sur le
rapport entre la hauteur du rebond et la hauteur du
rebond précédent aurait pu mener au coefficient de
restitution.
Les participants s’aperçoivent pendant la
manipulation que les balles devraient être de
même diamètre et décident de ne plus prendre en
compte le résultat du cochonnet en bois et
d’ajouter une balle en pâte à modeler
Restitution G5
Mais conclure n’est pas
possible car l’affirmation de
départ sur la matière identique
des deux balles n’est pas
vérifiée et le nombre de rebonds
n’est pas précisément
dénombré.
L’hypothèse est clairement
formulée : « Nous pensons
que… »
Restitution G7
Commentaires :
« Nous vous avons fait vivre une démarche d’investigation à votre niveau pour vous mettre à la place
des élèves avec des connaissances à construire, un sujet non maîtrisé, pour prendre conscience de la
démarche intellectuelle en jeu.
C’est la démarche qui est transposable en classe, pas le thème du rebond. »
Faire la démarche d’investigation régulièrement et laisser la possibilité aux élèves de s’interroger, formuler
un questionnement , d’exprimer leurs représentations, d’éveiller leur curiosité .
Pour qu’un enfant cherche effectivement à résoudre un problème, il est nécessaire que ce problème ait un sens pour lui, qu’il
ait participé dans la mesure du possible à son émergence, en un mot que le problème devienne son problème et qu’il ait, de ce
fait, envie de le résoudre.
Extraits du guide méthodologique, par Edith Saltiel, La main à la Pâte
Si rien n’émerge, guider le questionnement pour formuler un problème.
Cette recherche d’un questionnement de départ, comme vous venez de la vivre, à partir d’un mot qui permet
de faire émerger un problème à résoudre qui est le sien, est à faire sur un thème qui s’y prête bien, avec pour
objectif la démarche plus que la complexité des connaissances.
Expérience ne signifie pas expérience compliquée qui implique du matériel sophistiqué et onéreux.
Il faut varier les types d’investigation. (expérimentation directe ; tâtonnement expérimental ; modélisation ;
observation ; recherche sur documents, enquête et visite ). Cela développe simultanément la curiosité, la
créativité, la rigueur, l’esprit critique, l’habileté manuelle et expérimentale, la mémorisation, la collaboration
pour mieux vivre ensemble et le goût d’apprendre.
Intérêt de la restitution Ici, cela a permis de :
- Comparer et mettre en relation les résultats des groupes.
- Rechercher les causes d’un désaccord, faire une analyse critique des expériences faites.
- Soulever d’autres questionnements (cf démarche non linéaire diapo 43), proposer d’autres
investigations Certains n’étaient pas convaincus que les résultats du groupe 3 sont faux :
ils ont conclu que le nombre de rebonds ne changeait pas quelle que soit la hauteur du
lâcher de la balle : refaire des mesures avec des différences de hauteurs plus significatives.
De plus, la restitution a permis de :
- S’apercevoir qu’un manque de rigueur entraine l’invalidité d’une expérience et qu’il
faut apprendre aux enfants à être précis et rigoureux ;
- S’apercevoir de l’influence de facteurs extérieurs qui faussent des mesures ;
- Comprendre qu’on doit ne faire varier qu’un facteur à la fois pour pouvoir conclure ;
- Comprendre qu’une confrontation avec le savoir établi est nécessaire.
Cette phase de restitution concourt donc à l’acquisition et à la structuration des
connaissances.
Intérêt d’une restitution sous forme d’affiche Cela permet de poser par écrit ce qui fait avancer la pensée.
On voit que les productions sont plus ou moins structurées avec :
- question
- hypothèse
- protocole expérimental avec matériel et schéma
- résultats
- conclusion
Être rigoureux : ex : exprimer l’hypothèse sous la forme : « Je pense
que » ou « Nous pensons que »
On peut voir quels sont les différents écrits qui permettent de
communiquer quand on doit formaliser une démarche : affiches avec
beaucoup d’écrit, des phrases, des notes, des listes, avec des dessins,
des schémas, des tableaux chiffrés. Ce peut être également des photos,
des graphiques, une formule…
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
Que se passe-t-il lors de l’expérience ?
● Balle tenue entre les doigts :
Il n’y a pas de mouvement
= Situation d’équilibre
sol
balle
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
Que se passe-t-il lors de l’expérience ?
Elle possède de
l’énergie de position
ou énergie potentielle due à la hauteur et la masse de
balle.
E
+ hauteur importante + énergie de
position importante
+ masse importante + énergie de
position importante
Ep = m.g.h
Ep : énergie de position en Joule
m : masse de la balle en kg
g : l’intensité de la pesanteur en N/kg
h : hauteur en m
Unité le joule (J) 1 J ≅ énergie d’une masse de 100g à 1m de
hauteur
E
La balle est immobile
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
On lâche la balle :
La balle tombe
=> mouvement
=> l’énergie de position
stockée est libérée (c’est-à-dire
utilisée)
E
E
E Énergie de stock due à la hauteur et la masse de bille.
E
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
Quand la balle tombe :
- l’énergie de position diminue (la balle chute donc sa hauteur
diminue)
mais
- sa vitesse augmente (la balle acquiert une énergie de
mouvement appelée énergie
cinétique)
E
E
E E
E
E
Ec = ½ .m.v²
Ec : énergie de mouvement en Joule
m : masse en kg
v : vitesse en m/s
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
Au cours de la chute de la
balle:
L’énergie de position
diminue et l’énergie de
mouvement augmente.
E
E
E E
E
E
Énergie de position due à la hauteur et la masse de bille.
E
Énergie de
mouvement due à la vitesse et la masse de bille.
E
Jean Philippe Cassar
E
Que se passe t-il lorsque la
balle arrive en contact avec le
sol?
Eclairage scientifique
Énergie de vitesse due à la vitesse et la masse de bille.
E
Energie de position: nulle
(hauteur nulle)
Energie de mouvement:
maximale (vitesse maximale).
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
E
Énergie de vitesse due à la vitesse et la masse de bille. E
Que se passe t-il lors du choc ?
Balle en mouvement vers le bas
La balle et le support on tout
les deux une certaine
élasticité.
Jean Philippe Cassar
E
E
E
Eclairage scientifique
Énergie de déformation due à la déformation élastique des objets..
E
Énergie de vitesse due à la vitesse et la masse de bille.
E
Que se passe t-il lors du choc ?
Balle toujours en mouvement vers le bas
L’énergie de mouvement
stockée par la balle se
transforme en une autre forme
d’énergie due à la déformation
élastique.
Jean Philippe Cassar
E
E
Eclairage scientifique
Énergie de
déformation
E
Que se passe t-il lors du choc ?
Balle immobile
=> uniquement énergie de déformation
Comme un ressort, le support et la
balle sont capables de se
déformer et de revenir à leur état
initial.
Jean Philippe Cassar
E
E
E
Eclairage scientifique
Énergie de
déformation .
E
Énergie de
mouvement due à la vitesse et la masse de bille.
E
Que se passe t-il lors du choc ?
Balle à nouveau en mouvement mais
vers le haut cette fois
=> rebond !
La déformation permet à la balle de
rebondir, d’être de nouveau en
mouvement. Elle récupère de l’énergie
de mouvement.
Que se passe t-il lors du choc ?
E
Energie de vitesse due à la vitesse et la masse de
bille.
E
La balle a repris sa forme initiale
mais touche encore le sol
=> plus d’énergie de stock
Uniquement énergie de mouvement
Eclairage scientifique
Jean Philippe Cassar
E E
Énergie de position due à la hauteur et la masse de bille.
E
Énergie de vitesse due à la vitesse et la masse de bille.
E
Eclairage scientifique
Que se passe t-il lors du choc ?
La balle a quitté le sol
Elle reprend de la hauteur
=> l'énergie de position
réaugmente
=>l’énergie de mouvement
diminue
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
Et ensuite ?
E
Énergie de position due à la hauteur et la masse de bille.
E
Énergie de
mouvement due à la vitesse et la masse de bille.
E
La balle atteint une hauteur maximum
(plus petite qu’au début de l’expérience
à cause des pertes énergétiques)
et devient immobile
=> toute l’énergie de mouvement s’est
transformée en énergie de position
Jean Philippe Cassar
Hauteur après premier
rebond
Eclairage scientifique
Ici
q = 0,5
q = Énergie restituée
Énergie fournie
Graphique représentant l’évolution dans le temps de la hauteur de la balle
LIEN GROUPE 4
Jean Philippe Cassar
Quel couple de matières a le plus grand
coefficient de restitution q ?
valeurs de q:
0,25 – 0,31 – 0,79
0,88 – 0,90
Eclairage scientifique
Jean Philippe Cassar
Solide 1 Solide 2
bois bois
acier acier
ivoire ivoire
verre verre
liège liège
Eclairage scientifique
q
0,25
0,90
0,79
0,88
0,31
Pendule de Newton
Les matériaux les plus « durs » ont le meilleurs coefficient de restitution. Explication : la déformation nécessaire pour convertir l’énergie de mouvement en énergie de stock est plus faible donc l’énergie dispersée moins importante.
Jean Philippe Cassar
Eclairage scientifique
Rapport avec la recherche : -> Matériaux absorbants l’énergie
Restitution de l’énergie -> q ne doit pas être trop faible
- moins d’effort à fournir
Réduction des vibrations -> q ne doit être trop fort
- effets physiologiques discutables
Absorber le maximun d’énergie
- faible coefficient de restitution
- mousse
Intérêt de confronter les conclusions avec le savoir établi
Vérifier la validité des résultats ;
Faire une analyse critique des expériences ;
Se rendre compte de la persistance de nos représentations et donc
comprendre celle de nos élèves.
En effet, à la fin de l’éclairage scientifique, lorsqu’on pose la question : « Selon
vous, quel est le couple d’objets qui a le plus grand coefficient de restitution,
même si les expériences ont montré que sur une matière dure, la balle
rebondissait plus, le lien avec l’expérience n’est pas fait, les représentations
restent et ils répondent le liège plutôt que l’acier. »
Il est donc très important de :
Faire le lien entre savoir établi et résultat des expériences des groupes :
revenir aux résultats des expériences et aux conclusions ;
Faire le lien entre le savoir et l’application dans la recherche et la vie
courante.
http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Le_monde_du_vivant/01/3/RA16_C2_QMON
_1_repere_mise_en_oeuvre_sequence_555013.pdf
La démarche qui sous-tend le plan de rénovation des sciences et de la technologie à
l’école obéit aux principes d’unité et de diversité.
• Unité : cette démarche s’articule sur le questionnement des élèves sur le monde
réel : phénomène ou objet, vivant ou non vivant, naturel ou construit par l’homme. Ce
questionnement conduit à l’acquisition de connaissances et de savoir-faire, à la
suite d’une investigation menée par les élèves guidés par le maître ;
• Diversité : l’investigation réalisée par les élèves peut s’appuyer sur diverses
méthodes, y compris au cours d’une même séance : - expérimentation directe,
- réalisation matérielle (construction d’un modèle, recherche d’une solution technique),
- observation directe ou assistée par un instrument,
- recherche sur documents,
- enquête et visite
Commentaire de la diapositive précédente sur les termes « unité » et « diversité »
Documents EDUSCOL cycle 2
La démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences
Commentaire :
- Démarche non linéaire : faire
des allers-retours
- Plusieurs investigations
différentes possibles lors d’une
même séquence
- Importance du langage et des
différentes conduites
discursives + importance de
l’écrit (personnel, de groupe :
passage du je au nous
cahier de sciences
http://cache.media.edusco
l.education.fr/file/Le_mond
e_du_vivant/01/5/RA16_C
2_QMON_1_science_et_
maitrise_de_la_langue_N.
D_555015.pdf
Documents EDUSCOL CYCLE 2
La démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences
Une autre façon
de présenter la
démarche
d’investigation
La démarche d’investigation dans l’enseignement des sciences
Jean Philippe Cassar
La question : ce que l’on cherche
La manipulation (ou autre investigation) : ce qu’on a fait
Le résultat de la manipulation : ce qu'on a observé
La réponse à la question : ce qu'on a trouvé (l’interprétation du résultat)
La conclusion de la séance : ce qu'on a appris
L’hypothèse : ce que l’on pense
Pour structurer les séances et la trace écrite.
http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Le_monde_du_vivant/01/3/RA16_C2_QMO
N_1_repere_mise_en_oeuvre_sequence_555013.pdf
Canevas d’une séquence
Concernant la situation de départ…
Les élèves observent, dessinent, décrivent un sablier installé sur le bureau du maître, puis l’enseignant demande aux élèves de trouver de quoi dépend la durée de chute du sable.
L’enseignant montre un sablier aux élèves et déclare que le temps de chute du sable dépend de... et que les élèves vont le vérifier.
Après avoir observé un sablier, l’enseignant demande aux élèves comment faire en sorte que le temps d’écoulement soit plus long ou plus court.
Le maître prépare au moins trois sabliers dont l’un met beaucoup plus de temps que les autres à se vider. Compte tenu de la spécificité des sabliers présentés, il y en a un qui va continuer à couler alors que les autres ont terminé leur course.
A partir d’une situation sur les sabliers, imaginez que l’on propose de différentes façons la situation aux élèves :
Quelle est celle qui reflète la démarche d’investigation ?
La rose est la plus propice à faire de
la DI. Les élèves sont poussés à
s’interroger, à se poser des questions. TOUJOURS LEUR LAISSER LA POSSIBILITE DE TROUVER LEUR QUESTIONNEMENT. S’ils ne le font pas là, ne le feront jamais. Si rien n’émerge vignette verte
Programme maternelle BO du 26 mars 2015 CYCLE 1
« Dès l’école maternelle, les élèves explorent et observent le monde qui les entoure ; au cycle 2, ils vont apprendre à le questionner de manière plus précise, par une première démarche scientifique et réfléchie. » « La mise en œuvre de ces démarches d’investigation permet aux élèves de développer des manières de penser, de raisonner, d’agir en cultivant le langage oral et écrit. »
Programme du cycle 2, cycle 3, cycle 4 BO du 26 novembre 2015
Les programmes
Ressources
Site « La fondation la main à la pâte »
https://www.fondation-lamap.org/outils-pedagogiques
Documents EDUSCOL cycle 2
http://eduscol.education.fr/pid34155/questionner-le-monde.html
Un sujet : l’électricité
CP : Allumer le nez du
clown avec interrupteur CE1 : Fabriquer un jeu
d’adresse électrique
Attention sécurité
CE2 : Eclairer une maison de
poupée dans deux pièces
indépendantes
CE1 : Réaliser un quizz simple
Rappel 4 MALLE électricité pour 14
Travail en équipe en REP+ ou conseil de cycle
Un sujet : l’électricité
Les programmes
Programme du cycle 2, cycle 3, cycle 4 BO du 26 novembre 2015
Extrait des compétences travaillées
Ressources
Site « La fondation la main à la pâte »
https://www.fondation-lamap.org/outils-pedagogiques
Documents EDUSCOL cycle 3
http://eduscol.education.fr/pid34183/sciences-et-technologie.html
Matériaux et objets techniques
CONNAISSANCES ET COMPÉTENCES ASSOCIÉES
Repérer les évolutions d’un objet dans différents contextes (historique, économique,
culturel). • L’évolution technologique • L’évolution des besoins
Décrire le fonctionnement d’objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions. •
Fonction technique, solution technique • Représentation du fonctionnement d’un objet
technique • Comparaison de solutions techniques : constitutions, fonctions, organes
Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une
solution technologique répondant à un besoin. • Recherche d’idées (schémas, croquis…)
• Modélisation du réel (maquette, modèles géométriques et numérique), représentation en
conception assistée par ordinateur.
Un exemple : le vélo
http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Materiaux_et_objets_techniques/26/
3/RA16_C3_SCTE_sequence_velo_635263.pdf
http://videos.educati
on.fr/MENESR/edus
col.education.fr/201
6/Ressources2016/
Sciences_techno/V
elo/film_velo.mp4
VIDEO
Extrait de séquence